本发明专利技术提供一种复合纳米银粒子导电墨水及其制备方法和印刷应用，测试：采用5nm-20nm小颗粒纳米银粒子与30nm-200nm大颗粒纳米银粒子，按照质量比为8:1—1:3并以一定比例与去离子水、分散剂、表面活性剂等混合，经过超声、机械搅拌，得到纳米银导电墨水。使用喷墨打印机打印到基板上，选取烧结温度为20℃-250℃，烧结时间为1-60min，烧结后形成导电层，或者在室温下，经过化学烧结试剂处理进行室温烧结形成导电层。最后经过表面处理，得到最终烧结导电层测量电阻率。本发明专利技术所制的纳米银导电墨水制备方法简单，对设备要求低，环境友好，且打印得到导电层电阻率低，导电性能好，在烧结的过程中不易发生形变或产生裂纹，过程可控。在室温下可将导电层烧结，符合环保低能要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属电子印刷材料技术，涉及一种复合纳米银粒子导电墨水及其制备方法和 印刷应用。
技术介绍
传统的导电线路制造方法有蚀刻法、丝网印刷或者镀膜技术等方法，这些制造技 术往往受到诸多因素的限制，如浪费材料、制造过程复杂、设备昂贵、成本较高、环境污染严 重等。由于这些不利的因素，针对导电线路的制造，我们需要在简化制作流程，减少生产成 本，提高线路精度等技术和工艺上寻找新的解决方法。近年来，以喷墨打印技术为代表的电 子印刷材料技术迅猛发展，为印刷电路的制造提供了新的思路及解决方法。喷墨印刷技术 材料利用率高、制造工艺简单、成本低，印刷电路时可以到达更高的布线密度和精度，因此 喷墨印刷技术具有非常广阔的应用前景，可以被应用在印制无线射频电子标签、太阳能电 池、透明导电膜等领域。 喷墨印刷技术的核心是导电墨水的制备，导电墨水中的导电成分可以有多种选 择，纳米银粉因具有高的电导率、化学性能稳定且价格适中的优点，适宜用作导电墨水中的 导电成分。而且将纳米银粉作为导电成分，可以满足打印线路在低温下烧结。使用纳米银 颗粒作为导电成分烧结，会使烧结后导电层结构中有较多孔隙，目前报道的导电墨水均是 由均一尺寸的纳米银粒子构成，中国专利CN102504646A中公开的专利为低温后处理与稳 定的纳米银喷墨导电墨水及制备方法中使用的是粒径小于为IOnm的纳米银颗粒作为导电 成分。中国专利CN102382502A中公开的专利为喷墨纳米银导电墨水及其制备方法中使用 的是粒径小于50nm的纳米银粒子作为导电成分。单一的纳米银粒子打印后堆垛密度比较 低，烧结后会产生较多的孔隙，较多的孔隙会使烧结结构不致密，从而影响打印导电层的导 电性能，增大电阻率。较多的孔隙也会使导电层在烧结过程中形貌不稳定，会有收缩等形变 发生，极易使烧结后的导电层出现裂纹。
技术实现思路
本专利技术为解决以上技术问题，提供了一种复合纳米银粒子导电墨水的制备方法， 所得的导电墨水具有好的分散性及稳定性，打印成导电层，可在低温下烧结，电阻率低，烧 结时没有裂纹现象。 具体的，一种复合纳米银粒子导电墨水，复合颗粒导电墨水中包含小颗粒纳米银 粒子与大颗粒纳米银粒子，其中小颗粒纳米银粒子与大颗粒纳米银粒子的质量之比范围为 8:1-1:3〇 复合颗粒导电墨水中，小颗粒与大颗粒纳米银粒子的质量选择范围以小颗粒为基 准。在烧结过程中，大颗粒纳米银粒子主要起到"框架"作用，小颗粒纳米银粒子作为粘结 剂填充在大颗粒纳米银粒子形成的框架孔隙处，大颗粒纳米银粒子太少则不能很好的形成 "框架"结构，太多则不能有效的形成致密的烧结结构，烧结结构较为疏松。对于小颗粒纳米 银粒子，选取合适的质量范围才能对大颗粒纳米银粒子形成的烧结孔隙进行有效的填充。 复合颗粒导电墨水中，小颗粒纳米银粒子的粒径为5nm_20nm ;大颗粒纳米银粒子 的粒径为30nm-200nm。 大颗粒纳米银粒子的粒径选取30nm-200nm，粒径过大则烧结颈不能有效形成，粒 径过小则不能很好的形成"框架"结构。小颗粒纳米银粒子的粒径选取5nm-20nm，粒径要小 于大颗粒纳米银粒子，但粒径过小对于粒子制备过程要求过高，提高实验成本，且粒径小不 利于有效填充。 复合颗粒导电墨水中，纳米银占导电墨水总重量的5% -45%，去离子水占导电墨 水总重量的50% -95%，各组份质量百分数含量之和为100%。 导电墨水中，纳米银粒子占5% -45%，纳米银粒子选取的质量比过小，在打印导 电层时需要打印较多的层数，增加实验成本与实验时间，且导电颗粒含量过低会使打印导 电层电阻率升高，纳米银粒子选取质量比过大，则形成的导电墨水不能长时间的稳定分散。 进一步优选方案中导电墨水进一步含有分散剂和表面活性剂，分散剂占导电墨水 总重量3% -10%，表面活性剂占导电墨水总重量0. 1% -20%，各组份质量百分数含量之和 为 100%〇 分散剂与表面活性剂主要起到能使纳米银粒子稳定分散作用，添加量太少则不能 有效的帮助纳米银粒子分散，添加量太多则会使打印导电层的电阻率大幅的增加。 分散剂为丙三醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、苯、甲苯、二甲苯，可以是其中一种，或是 至少两种的混合物，混合比例任意； 表面活性剂采用聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸钠、十二烷基硫醇、琥珀酸二异辛酯磺酸 钠中的一种，也可以是至少两种的混合物。 分散剂和表面活性剂的选择依据是，能使纳米银粒子稳定的分散在去离子水中， 并且放置长时间墨水不会有明显的性能变化。助剂的添加不会使导电墨水打印层的电阻率 显著的增加。选择的分散剂和表面活性剂尽量能在烧结温度之内挥发或者分解，导电层中 的有机物能够有效消失会使导电层的电阻率降低。 本专利技术的另一目的在于一种复合纳米银粒子导电墨水的制备方法， 前述组成的复合纳米银粒子导电墨水； 包含以下步骤： (1)配置浓度为0· 3mol/L-0. 5mol/L的反应物硝酸银溶液20mL-30mL，倒入三口瓶 以 200r/min-800r/min 转速揽拌，将 lmol/L_2mol/L 的还原剂 20mL-30mL 与 lmol/L_2mol/ L的分散剂20mL-40mL混合成为还原剂溶液，将还原剂溶液以I. 5mL/min的滴加速度滴加入 反应物硝酸银溶液中，滴加完成之后反应3min-20min，反应结束，在反应产物中加入浓度为 0· 3mol/L_3mol/L的絮凝剂20mL-50mL以及去离子水30mL-100mL，多次离心清洗得到小颗 粒纳米银粒子； 絮凝剂采用氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、硝酸钠、柠檬酸钠等钠盐中的一 种，也可以是至少两种的混合物。 (2)粒径大的纳米银颗粒的制备方法：反应容器内倒入5L去离子水，加热至 60°C _100°C，配置浓度为0. 5mmol/L-l. 5mmol/L的硝酸银溶液30mL-80mL，倒入三口瓶以 200r/min-800r/min转速搅拌，将lmol/L-2mol/L的还原剂30mL-80mL滴加入反应体系中， 加热环境下反应1-4小时，反应结束，在反应产物中加入浓度为0. 3m〇l/L-3m〇l/L的絮凝剂 20mL-50mL，多次离心清洗得到大颗粒纳米银粒子； 絮凝剂采用氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、硝酸钠、柠檬酸钠等钠盐中的一 种，也可以是至少两种的混合物。 (3)取小颗粒纳米银与大颗粒纳米银，加入去离子水，优选进一步加入分散剂和表 面活性剂，使用超声并机械搅拌使不同粒径的纳米银粒子均匀分散在去离子水中，得到纳 米银导电墨水； 所述还原剂采用硼氢化钠、乙二醇、乙腈、硫酸亚铁、水合肼、次亚磷酸钠、柠檬酸 钠中的一种，或至少是两种的混合物。 使用这种制备方法制备纳米银粒子，制备出的小颗粒纳米银粒子以及大颗粒纳米 银粒子为球形颗粒，球形颗粒有利于更好的形成烧结结构以及本专利技术所述的"框架填充"结 构。本专利技术制备的纳米银粒子颗粒尺寸均一，粒径分布窄，制备成导电墨水放置长时间均能 很好的分散，稳定存在。[002当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合纳米银粒子导电墨水，其特征在于：复合颗粒导电墨水中包含小颗粒纳米银粒子与大颗粒纳米银粒子，其中小颗粒纳米银粒子与大颗粒纳米银粒子的质量之比范围为8:1‑1:3。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李明雨，张志昊，肖勇，郭杨笑楠，刘钟阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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